Araştırmacılar, hidrojeni depolamanın ve geri kazanmanın güvenli, kolay ve uygun fiyatlı bir yolunu keşfediyor

Japonya’daki RIKEN Gelişen Malzeme Bilimi Merkezi’ndeki (CEMS) araştırmacılar, amonyağı depolamak için kimyasal reaksiyon kullanan ve bu önemli kimyasalı depolamanın daha güvenli ve kolay bir yolunu sağlayabilecek bir bileşik keşfettiler.

Bu keşif yayınlandı Amerikan Kimya Derneği Dergisi 10 Temmuz’da amonyağı güvenli ve rahat bir şekilde depolamak mümkün olmakla kalmıyor, aynı zamanda önemli olan hidrojenin taşınmasını da sağlıyor. Bu sonuç, pratik bir hidrojen ekonomisi ile karbon nötr bir topluma giden yolu açmaya yardımcı olacaktır.

Toplumun karbon bazlı enerjiden hidrojen bazlı enerjiye geçiş yapması için, kendisi oldukça yanıcı olan hidrojeni depolamak ve taşımak için güvenli bir yola ihtiyacımız var. Bunu yapmanın bir yolu, onu başka bir molekülün parçası olarak depolamak ve gerektiğinde çıkarmaktır. Amonyak, kimyasal olarak NH olarak yazılır₃iyi bir hidrojen taşıyıcısı yapar çünkü her molekülde üç hidrojen atomu bulunur ve amonyağın yaklaşık %20’si ağırlıkça hidrojendir.

Ancak sorun şu ki, amonyak oldukça aşındırıcı bir gazdır, bu da depolanmasını ve kullanılmasını zorlaştırır. Şu anda, amonyak genellikle basınca dayanıklı kaplarda donma noktasının çok altındaki sıcaklıklarda sıvılaştırılarak depolanmaktadır. Gözenekli bileşikler ayrıca amonyağı oda sıcaklığında ve basınçta depolayabilir, ancak depolama kapasitesi düşüktür ve amonyak her zaman kolayca geri kazanılamaz.

Yeni çalışma, amonyağı kolayca depolayabilen ve aynı zamanda nispeten düşük sıcaklıklarda kolay ve tam geri kazanımına izin veren, karakteristik tekrar eden kristal yapıya sahip bir malzeme olan perovskite keşfini bildiriyor.

RIKEN CEMS’de Masuki Kawamoto liderliğindeki araştırma ekibi, perovskite etilamonyum kurşun iyodüre (EAPbI) odaklandı.₃), kimyasal olarak CH olarak yazılır₃CH₂New Hampshire₃PBI₃. Tek boyutlu sütun yapısının oda sıcaklığında ve basınçta amonyak ile kimyasal reaksiyona girdiğini ve dinamik olarak kurşun iyodür hidroksit veya Pb(OH)I olarak adlandırılan iki boyutlu bir yapıya dönüştüğünü bulmuşlardır.

Bu işlem sonucunda amonyak, kimyasal dönüşüm yoluyla katmanlı bir yapı içinde depolanır. Böylece, EAPbI₃ Aşındırıcı amonyak, basınçlı kaplarda -33°C’de (-27,4°F) sıvılaştırmadan çok daha ucuz bir işlemle nitrojen bileşiği olarak güvenle saklanabilir. Daha da önemlisi, depolanan amonyağı geri kazanma süreci çok basittir.

Kawamoto, “Etilamonyum kurşun iyodürde depolanan amonyakın hafifçe ısıtılarak kolayca çıkarılması bizi şaşırttı” diyor. Depolanan nitrojen bileşiği, vakum altında 50 °C’de (122 °F) ters reaksiyona girer ve amonyağa döner. Bu sıcaklık, gözenekli bileşiklerden amonyağı çıkarmak için gereken 150 °C’nin (302 °F) veya daha fazlasının oldukça altındadır ve bu da EAPbI’yi oluşturur.₃ Aşındırıcı gazlarla basit ve uygun maliyetli bir işlemle başa çıkmak için mükemmel bir ortam.

Ek olarak, tek boyutlu bir sütunlu yapıya geri döndükten sonra, perovskitler yeniden kullanılabilir ve amonyağın tekrar tekrar depolanmasına ve çıkarılmasına izin verir. Ek bir avantaj, doğal olarak sarı olan bileşiğin reaksiyondan sonra beyaza dönmesiydi. Kawamoto’ya göre, “Amonyak depolandığında bileşiğin renk değiştirme yeteneği, depolanan amonyak miktarını belirlemek için kolorimetrik amonyak sensörlerinin geliştirilebileceği anlamına gelir.”

Yeni depolama yönteminin birçok kullanımı vardır. Araştırmacılar kısa vadede gübreden ilaca ve tekstil ürünlerine kadar toplumda halihazırda birden çok kullanıma sahip olan amonyağı depolamanın güvenli bir yolunu geliştirdiler. RIKEN CEMS’den ortak yazar Yoshihiro Ito, “Uzun vadede, bu basit ve etkili yöntemin, taşıyıcı karbonsuz hidrojen olarak amonyak kullanımı yoluyla karbon nötr bir toplum elde etmenin çözümünün bir parçası olabileceğini umuyoruz” diyor. .

Bu araştırma, Birleşmiş Milletler tarafından belirlenen 2016 Sürdürülebilir Kalkınma Hedeflerine (SDG’ler), özellikle Hedef 7: Temiz, Karşılanabilir Enerji ve Hedef 13: İklim Eylemine ulaşılmasına yardımcı olacaktır.